Untersuchung eines Punktmusterprozesses auf flexiblen Materialien mit Impact Print-Type Hot Embossing Technology
Summary
Die Effektdruck-Hot prägeing-Technologie verwendet einen Schlagkopf, um Punktmuster auf flexiblen Materialien in Echtzeit zu gravieren. Diese Technologie verfügt über ein Steuerungssystem zur Steuerung der On-Off-Bewegung und Position des Aufprallkopfes, um Punktmuster mit verschiedenen Breiten und Tiefen auf verschiedenen Polymerfolien zu erstellen.
Abstract
Hier stellen wir unsere Studie zu einem Schlagdruck-Heißprägungsprozess vor, der Punktmuster mit verschiedenen Designs, Breiten und Tiefen in Echtzeit auf Polymerfolie erzeugen kann. Darüber hinaus haben wir ein Steuerungssystem für die On-Off-Bewegung und Position des Aufprallkopfes implementiert, um verschiedene Punktmuster zu gravieren. Wir führten Punktmusterung auf verschiedenen Polymerfolien durch, wie Z. Polyester (PET)-Folie, Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polyvinylchlorid (PVC) Film. Die Punktmuster wurden mit einem konfokalen Mikroskop gemessen, und wir bestätigten, dass der Schlagdruck-Heißprägungsprozess weniger Fehler während des Punktmusterungsprozesses erzeugt. Infolgedessen eignet sich das Schlagdruck-Heißprägeverfahren für das Gravieren von Punktmustern auf verschiedenen Arten von Polymerfolien. Darüber hinaus verwendet dieser Prozess im Gegensatz zum herkömmlichen Heißprägeverfahren keinen Prägestempel. Daher ist der Prozess einfach und kann Punktmuster in Echtzeit erstellen, was einzigartige Vorteile für die Massenproduktion und die Kleinserienproduktion bietet.
Introduction
Die Forscher versuchen aktiv, vorhandene Geräte und Displays zu miniaturisieren und die Flexibilität dieser Geräte zu erhöhen1,2. Um die Breite und Tiefe elektrischer Kanäle auf die Mikro- oder Nanoskala zu reduzieren, ist eine hochpräzise Technologie erforderlich. Um die Flexibilität dieser Geräte zu erhöhen, müssen die Muster der elektrischen Kanäle auf einem flexiblen Material, wie z. B. einem Polymerfilm3,4, liegen. Um diesen Bedingungen gerecht zu werden, wird die Ultrafein-Mikroverarbeitungstechnologie aktiv untersucht.
Die ultrafeine Mikrofabrikationstechnologie hat einen Vorteil, da mögliche Mustermaterialien nicht nur hochsteife Materialien wie Eisen oder Kunststoff, sondern auch weiche Materialien wie Polymerfolien umfassen. Aufgrund dieser Vorteile wird diese Technologie als Kernverfahren in verschiedenen Bereichen wie Kommunikation, Chemie, Optik, Luft- und Raumfahrt, Halbleiter und Sensoren5,6,7eingesetzt. Im Bereich der ultrafeinen Mikroverarbeitung werden LIGA (Lithographie, Galvanik und Formgebung) oder Mikrobearbeitungsverfahren8eingesetzt. Diese konventionellen Methoden sind jedoch mit mehreren Problemen verbunden. LIGA-Methoden benötigen viel Zeit und mehrere Prozessschritte, um ultrafeine Muster zu erstellen und hohe Kosten zu verursachen, da sie während der Prozesse viele verschiedene Gerätetypen benötigen. Darüber hinaus verwenden LIGA-Methoden Chemikalien, die die Umwelt verschmutzen können.
Um dieses Problem zu lösen, wurde die Warmprägungsprozesstechnologie unter den ultrafeinen Mikroprozesstechnologien inden Gerückt. Heißprägung ist eine Technologie, die ein Muster auf einem erhitzten Polymerfilm mit einer mikro- oder nanoskaligen Prägungsform erzeugt. Die herkömmliche Heißprägetechnik ist je nach Form der Form in den Plattentyp und den Roll-to-Roll-Typ unterteilt. Die beiden Arten der Heißprägetechnologie unterscheiden sich in Bezug auf die Form der Form, aber diese beiden Verfahren ähneln sich insofern, als die Prägeform den Polymerfilm auf eine beheizte Platte presst, um ein Muster auf den Polymerfilm zu gravieren. Um das Muster mit dem Heißprägeverfahren zu gravieren, ist es notwendig, den Polymerfilm über der Glasübergangstemperatur zu erwärmen und eine ausreichende Druckmenge (ca. 30–50 MPa)9anzuwenden. Darüber hinaus ändern sich die Breite und Tiefe des Musters in Abhängigkeit von der Temperatur der beheizten Platte, dem Material und der Form der Prägeform. Darüber hinaus wirkt sich das Kühlverfahren nach dem Musterprozess auf die Form des Musters auf dem Polymerfilm aus.
Im herkömmlichen Heißprägeverfahren können Prägestempel oder Walzen mit dem gewünschten Muster geprägt werden, und die Prägeform kann verwendet werden, um das gleiche Muster kontinuierlich auf Polymerfolienoberflächen zu drucken. Diese Funktion macht dieses Verfahren nicht nur für die Massenproduktion geeignet, sondern auch für die Herstellung von Geräten mit weichen Materialien, wie Polymerfolien10,11,12,13,14. Die herkömmliche Heißprägungsmethode kann jedoch nur das in der Prägeform eingravierte Einzelne Muster erzeugen. Wenn der Benutzer also ein neues Muster erstellen oder das Muster ändern möchte, muss er eine neue Form erstellen, um das Prägemuster zu ändern. Aus diesem Grund ist herkömmliche swarm prägende Ausführung teuer und zeitaufwändig, wenn neue Muster erstellt oder bestehende Designs ersetzt werden.
Frühere Arbeiten führten das Schlagart-Heißprägungsverfahren zur Herstellung von Punktmustern mit verschiedenen Breiten und Tiefen in Echtzeit15ein. Im Gegensatz zum herkömmlichen Heißprägungsprozess verwendet das Schlagdruck-Hot prägeverfahren einen Impact-Header, um Muster auf dem Polymerfilm zu erstellen. Diese Technologie verschiebt den Aufprallkopf mit einem Präzisionspositioniersystem an die gewünschte Position. Ein Steuersignal wird auf Druckmuster in der gewünschten Breite und Tiefe und an einer beliebigen Position angewendet. Die Struktur des Aufprallkopfes besteht aus einem Mover, einer Feder, einer Spulenwicklung und einem Kern (siehe Abbildung 1A)15. Frühere Arbeiten wurden durch eine Analyse und ein Experiment bestätigt, dass ein solcher Aufprallkopf die richtige Kraft für die heiße Prägung16erzeugen kann. Das Protokoll dieses Papiers behandelt das Design der Hardware für den Schlag-Typ-Hotprägeprozess und die Steuerungsumgebung für die Prozesssteuerung. Darüber hinaus analysieren wir die Punktmuster auf PET-Folie, PMMA-Folie und PVC-Folie, die alle mit dem vorgeschlagenen Protokoll verarbeitet werden, um zu überprüfen, ob der Schlagdruck-Hot prägungsprozess Punktmuster mit verschiedenen Breiten und Tiefen in Echtzeit erzeugen kann. Die Ergebnisse dieser Experimente werden unten im Ergebnisbereich vorgestellt, was bestätigt, dass der Prägeprozess geeignet sind kann, ultrafeine Muster zu erzeugen.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dieser Studie haben wir den Schlagdruck-Heißprägungsprozess und gravierte Punktmuster mit verschiedenen Breiten und Tiefen in Echtzeit auf eine Reihe von Polymerfolien implementiert. Unter den Protokollschritten sollten zwei Schritte in allen Schritten kritisch betrachtet werden. Die erste ist die Einstellung der Temperatur der Wärmeplatte (Schritt 3.3.3), und die zweite ist die Einstellung der Anfangsposition des Aufprallkopfes (Schritt 3.5.1). In Schritt 3.3.3, wenn die Temperatur der Wärmeplatte zu hoch ist, wi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Forschung wird durch das Projekt “Development of impact print-type hot embossing technology for a conductive layer using conductive nano-composite materials” durch das Ministerium für Handel, Industrie und Energie (MOTIE) Koreas (N046100024, 2016) unterstützt.
Materials
| 0.3mm High Quality Clear Rigid Packaging PVC Film Roll For Vacuum Forming | Sunyo | SY1023 | PVC film / Thickness : 300µm |
| Acryl(PMMA) film | SEJIN TS | C200 | PMMA film / Thickness : 175µm |
| Confocal Laser Scanning Microscope: 3D-Topography for Materials Analysis and Testing | Carl Zeiss | LSM 700 | 3D confocal microscope / Supporting Mode : 2D, 2.5D, 3D topography |
| DAQ board | NATIONAL INSTRUMENTS | USB-6211 | Control board for two stage and impact header / 16 inputs, 16-bit, 250kS/s, Multifunction I/O |
| DC Power Supply | SMART | RDP-305AU | 3 channel power supply / output voltage : 0~30V, Output current : 0~5A |
| L511 stage | PI | L511.20SD00 | Z-stage / Travel range : 52mm |
| Large Digital Hotplate | DAIHAN Scientific | HPLP-C-P | Heatplate / Max Temp : 350ºC |
| M531 stage | PI | M531.2S1 | X-stage / Travel range : 306mm |
| Mylar Polyester PET films | CSHyde | 48-2F-36 | PET film / Thickness : 50µm |
| OPA2541 | BURR-BROWN | OPA2541BM | OP-AMP / Output currents : 5A, output voltage : ±40V |
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